[發明專利]一種基于近似度加權平均插值法的機器人精度補償方法

有效

• 申請號: 201910730666.5
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN110421566B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 孫劍萍;湯兆平;湯子悅;陳贊西
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/00
• 代理公司: 南昌朗科知識產權代理事務所(普通合伙) 36134
• 代理人: 郭毅力;郭顯文

一種基于近似度加權平均插值法的機器人精度補償方法，針對任意一目標點，在樣本數據庫中選擇其鄰域內的樣本點基于相似度的判別規則以及相似相近矢量插值方法的使用條件進行進一步篩選，當基于相似度的判別規則以及相似相近矢量插值算法的使用條件，判斷出目標點與其鄰域內的若干個樣本點的位姿矢量之間足夠相似時，再根據矢量間的相似度指標確定各樣本點對目標點的影響權值，采用近似度加權平均插值算法對目標點的位姿誤差進行插值預測。本發明可顯著提高機器人的絕對定位精度，有效避免傳統標定方法無法實現在整個工作空間都達到同樣效果的高精度補償缺陷，適用于機器人的非幾何誤差補償，能有效應用于對機器人精度要求高的領域。

技術領域

本發明屬于機器人無運動學模型標定技術領域，特別是一種基于近似度加權平均插值法的機器人精度補償方法。

背景技術

機器人的定位精度是衡量機器人性能的一個重要指標。影響機器人位姿誤差的因素有很多，主要包括裝配過程中產生的連桿幾何參數實際與理論偏差而造成的機器人系統誤差，以及由工作環境溫度變化、運動副的運動誤差和構件的彈性變形誤差等導致的隨機誤差。工業機器人的重復定位準確度較高(只與隨機誤差有關，一般在0.1mm以下，可達0.01mm)，而絕對定位精度較差(與系統誤差有關，僅幾個毫米)，遠無法滿足高端制造機器人柔性自動化生產線、飛機裝配等高端裝備制造業提出的超精密高可靠性要求。

提高機器人設計、加工、裝配與控制系統的精度或進行機器人標定，是提高機器人的絕對定位精度的有效方法。前者通常對材料、加工設備與方法要求較高，導致生產成本激增，加上實際使用中結構磨損無法避免，長時間運行后機器人的絕對定位精度仍然無法保證。有關機器人的標定，國內外學者作了大量研究工作。標定的方法大致分為兩類：基于運動學模型的標定技術和無運動學模型標定技術。前者具有操作性強、效率高、效果好等優點，應用較為普遍，相關研究主要集中于測量儀器的應用與創新、標定測量方法的改進、參數辨識算法等方面。Wampler等在并聯機器人各個關節上安裝高精度傳感器，以辨識機構參數誤差。Zhuang等利用電子經緯儀沿著Stwewart機構的邊緣檢測了其位姿誤差所有信息。Besnard等提出了一種利用雙傾角儀標定Gough-Stwewart平臺的方法。邵珠峰，唐曉強等利用線尺工具完成了對一種平面柔性并聯機構的自標定研究，該方法為全閉環控制少自由的柔性并聯機構提供了可行的測量方法。Traslosheros利用一臺手持攝像機與一個固定參考球組成的視覺測量系統作為主傳感器對Delta并聯機器人進行了標定研究。朱延河等設計出一種可以依次輪換鎖緊Delta機構的支鏈平行四邊形架鎖緊裝置，通過支鏈的傳感器輸出與理論模型輸出的差別來辨識機構參數誤差。Notash等針對RSI6自由度并聯機構，提出了位姿對誤差參數敏感度定義權重的加權最小二乘辨識算法。然而基于運動學模型的標定技術需要建立誤差參數與機構末端誤差的泛函，而裝配間隙等所帶來的誤差約占機器人總誤差源0.5％～1.0％的比重，且通常難以辨識，誤差建模時還往往會忽略一些對末端誤差影響較小且無法補償的誤差，導致所建立的誤差模型無法完全代表實際機構。且因沒有考慮機器人的位姿誤差分布特點及作用規律，對影響定位精度的機器人非幾何誤差進行補償及精度的提升能力有限，無法實現在整個工作空間均達到同樣效果的高精度誤差補償，易導致某些位姿誤差補償的不足或過補償發生。同時該類方法建模和參數辨識過程繁雜，耗時較多，因此更具通用性的無模型標定技術應運而生。